JP2000019118A - 金属材料中の元素濃度の定量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属試料を直接発光分光分析し
て、従来並みの精度で分析時間が格段に短い酸素の定量
および／または酸化物として金属材料中に存在する元素
の定量を実施できる方法を提供することを目的とする。 【解決手段】（１）不活性ガス雰囲気中で、該金属材料
と対電極との間で複数回の放電を行って発光分光スペク
トルを得、（２）各放電ごとの酸化物形成元素スペクト
ルが所定強度以上のスペクトルである放電を選定し、
（３）選定された放電における酸素スペクトルの強度お
よび／または酸化物形成元素スペクトルの強度からバッ
クグラウンドを差し引いた値を積算して積算スペクトル
強度を得、検量線法によってこれら定量する方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料に含まれ
る酸素および酸化物を発光分光分析法を用いて迅速かつ
精度良く分析する方法に関する。とりわけ、鋼材などの
金属材料が含有する酸素および／または酸化物の平均組
成を、迅速かつ精度よく定量する分析技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼材料中に酸化物、いわゆる酸化物系
介在物が存在すると、該鉄鋼材料の加工性、表面性状等
の品質特性に大きな影響を与える。そのため、鉄鋼材料
を溶製する工程では、溶鋼の酸素濃度を分析し所定濃度
範囲内に調整することにより、該酸化物の制御を行って
いる。

【０００３】この酸素濃度の定量方法としては、現在、
融解―赤外線吸収法が一般に用いられている。すなわ
ち、転炉、あるいはＶＯＤ、ＲＨ等の二次精錬炉より採
取した溶鋼を、まず、鋳型で凝固させ、所定の大きさの
分析用試料を切り出す。そしてこの切り出した試料を炭
素るつぼに装填し、不活性ガス雰囲気下で加熱して融解
する。この融解時に、該試料中の酸化物から酸素が解離
し、るつぼの炭素と反応して二酸化炭素ガスを発生す
る。そこでこの二酸化炭素の量を、赤外線吸収法で測定
することによって鋼中の酸素濃度が定量される。

【０００４】一方、製鋼工程の工程管理分析には、金属
試料中の元素濃度を分析する目的で、多元素を同時にか
つ迅速に定量できる発光分光分析法が用いられている。
この発光分光分析法は、不活性ガス雰囲気中で金属試料
と対電極との間で複数回の放電を行い、放電によって得
られる各元素の固有スペクトルを分光し、該スペクトル
の強度から該金属試料中の元素濃度を定量するものであ
る。

【０００５】しかしながら、この発光分光分析法で鋼中
の酸素濃度を定量すると、前記放電ガス中に微量に含ま
れる大気中の水分、酸素からの発光スペクトルが、金属
試料から生じた分析対象である酸素の発光スペクトルの
大きなバックグラウンドを形成するため、Ｓ／Ｎ比が悪
く、該酸素の定量精度が不充分なため実用できない。し
たがって前記製鋼工程の工程管理分析では、酸素の分析
だけを前記融解―赤外線吸収法で行うため、余分な装置
と分析時間が必要で、経済的にも工程管理上からも問題
になっていた。

【０００６】さらに、この発光分光分析法による介在物
元素濃度の定量については、介在物元素がＣａやＭｇの
ような実質的に非固溶性の元素については、一応の定量
精度が維持できるものの、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎなどの固溶
性の高い元素の場合には、得られたスペクトル強度を固
溶元素に由来するものと、非固溶元素に由来するものと
に判別することが容易でないため、定量精度は分析技術
者の経験に依存するところが多く、安定性上の問題があ
った。

【０００７】一方、鋼中の介在物の評価方法としては、
光学顕微鏡観察法がある。この方法は、鏡面仕上げした
供試料を光学顕微鏡で観察し、該供試料が含有する介在
物を目視で計数するものである。しかしながら、この方
法は試料の作製及び測定に１日ないし２日を要し、迅速
性に欠けるばかりでなく、目視による清浄度の検査であ
るので介在物の組成を定量することはできない。

【０００８】また別の評価方法として、電子プローブマ
イクロアナライザー（ＥＰＭＡ）や電子顕微鏡を用いて
鋼中介在物を同定する方法がある。しかしながら、これ
らの方法も、試料の前処理である研磨に長時間を要する
ばかりでなく、装置の操作、各種演算処理に複雑な手順
が必要なので、組成の定量はできるものの、測定の迅速
性に欠け、大量の試料を迅速に分析することは不可能で
ある。

【０００９】さらに、近年、鋼中介在物の組成分析法と
して、抽出分離―ＩＣＰ（誘導結合高周波プラズマ）発
光分光分析法が用いられるようになった。しかしなが
ら、この方法では、試料を酸あるいはハロゲン溶液を用
いて溶解させることによって酸化物を化学的に抽出し、
さらに抽出残渣として得られた酸化物をさらに溶解させ
てその組成をＩＣＰ発光分光分析するので、試料の前処
理及び測定に１日ないし２日を要し、迅速性に欠けると
ともに、選定した抽出溶液の種類によって分析結果が一
致しないという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、これまで
の金属試料中に含有される酸素濃度および／または酸化
物系介在物組成の分析については、その定量精度を維持
するため、分析対象により複数の分析手段を用いなけれ
ばならなかった。また、分析時間もそれぞれ異なるた
め、長時間を要しないと全データの分析結果が得られ
ず、総合的な判断も遅れることとなっていた。したがっ
て、それらの分析法は、経済的、時間的なロスを生じて
いた。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑み、分析手段と
して製鋼工程管理分析の主力装置である発光分光分析装
置のみにて金属材料中の平均酸素濃度および／または平
均介在物組成を迅速かつ高精度で定量分析する方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、該金属試料中での元素の存在形態と、
発光、分光することにより得られるスペクトル強度に着
目し、それらの相関を検討することにより本発明を完成
するに至った。

【００１３】すなわち、本発明は、不活性ガス雰囲気中
で、金属材料と対電極との間で複数回の放電を行って発
光分光スペクトルを得、該発光分光スペクトルを用いて
金属材料中の元素濃度を定量する方法であって、複数の
放電のうち酸化物形成元素のスペクトル強度が所定値以
上である放電を選定し、選定した放電における定量目的
元素のスペクトル強度を用いて金属材料に酸化物として
存在する定量目的元素の平均濃度を定量することを特徴
とする。

【００１４】ここで、酸化物形成元素である元素を前記
定量目的元素とする際は、複数の放電のうち、該定量目
的元素のスペクトル強度および酸素のスペクトル強度が
所定値以上である放電を選定し、選定された各放電にお
ける前記定量目的元素のスペクトル強度から前記所定値
を差し引き、差し引いた値を積算して前記定量目的元素
の積算スペクトル強度を得、該積算スペクトル強度と、
予め作成しておいた定量目的元素濃度と積算スペクトル
強度の検量線と、に基づいて、金属材料中に酸化物とし
て存在する定量目的元素の平均濃度を定量することが好
ましい。

【００１５】また、酸素を前記定量目的元素とする際
は、酸化物形成元素のスペクトル強度が前記所定値未満
である複数の放電における酸素のスペクトル強度の平均
値または中央値を算出し、前記選定された放電における
酸素のスペクトル強度から前記平均値または中央値を差
し引き、差し引くことによって得られた値のうち正の値
を示すものを積算して酸素の積算スペクトル強度を得、
該積算スペクトル強度と、予め作成しておいた酸素濃度
と積算スペクトル強度の検量線と、に基づいて、金属材
料中に酸化物として存在する酸素の平均濃度を定量する
ことができる。

【００１６】なお、前記所定値として、スペクトル強度
と放電回数に関する度数分布における中央値、平均値、
および平均値＋ｎ・標準偏差（但し、ｎは正の整数）の
群より選ばれてなる少なくとも一つを用いることが好ま
しい。

【００１７】また、本発明は、不活性ガス雰囲気中で、
金属材料と対電極との間で複数回の放電を行って発光分
光スペクトルを得、該発光分光スペクトルを用いて金属
材料中の元素濃度を定量する方法であって、各放電によ
り得られる酸化物形成元素のスペクトル強度と各放電に
おける前記金属材料のマトリックス元素のスペクトル強
度との強度比率であるスペクトル強度比を算出し、複数
の放電のうち、該強度比が所定値以上である放電を選定
し、選定した放電における定量目的元素のスペクトル強
度比を算出し、定量目的元素のスペクトル強度比を用い
て金属材料に酸化物として存在する定量目的元素の平均
濃度を定量することを特徴とする。

【００１８】ここで、酸化物形成元素である元素を前記
定量目的元素とする場合は、前記酸化物形成元素のスペ
クトル強度比に加えて、酸素のスペクトル強度比を算出
し、複数の放電のうち、該定量目的元素のスペクトル強
度比および酸素のスペクトル強度比が所定値以上である
放電を選定し、選定された各放電における前記定量目的
元素のスペクトル強度比から前記所定値を差し引き、差
し引いた値を積算して前記定量目的元素の積算スペクト
ル強度比を得、該積算スペクトル強度比と、予め作成し
ておいた定量目的元素濃度と積算スペクトル強度比の検
量線と、に基づいて、金属材料中に酸化物として存在す
る定量目的元素の平均濃度を定量することが好ましい。

【００１９】また、酸素を前記定量目的元素とする場合
は、酸化物形成元素のスペクトル強度比が前記所定値未
満である複数の放電における酸素のスペクトル強度比の
平均値または中央値を算出し、前記選定された放電にお
ける酸素のスペクトル強度比から前記平均値または前記
中央値を差し引き、差し引くことによって得られた値の
うち正の値のものを積算して酸素の積算スペクトル強度
比を得、該積算スペクトル強度比と、予め作成しておい
た酸素濃度と積算酸素スペクトル強度比の検量線と、に
基づいて、酸化物として金属材料中に存在する酸素の平
均濃度を定量することが好ましい。

【００２０】この際は、前記所定値として、スペクトル
強度比と放電回数に関する度数分布における中央値、平
均値、および平均値＋ｎ・標準偏差（但し、ｎは正の整
数）の群より選ばれてなる少なくとも一つを用いること
ができる。

【００２１】さらに、金属中に酸化物として存在する酸
素の平均濃度を定量した場合には、これを金属材料中に
存在する全酸素の平均濃度として判定することができ
る。

【００２２】また、以上の元素の定量方法は、金属材料
が鉄鋼材料である場合に特に好適に用いられる。

【００２３】なお、前述の酸化物形成元素とは、Ａｌ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｍｇ等の金属材料中で酸素と結びつ
き酸化物として存在し得る元素のことを言う。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に至る経緯をまじえ
て、本発明の内容を説明する。

【００２５】本発明の発光分光分析では、複数回の放電
を行う。このような放電回数は、平均定量濃度としての
信頼性を得るには多い方が好ましく、特には限定しな
い。しかし、試料に対する放電深度とスペクトルの検出
性の容易さなどを考慮すると、通常は５００〜５０００
回の放電が好ましく、さらには、１０００〜３０００回
程度がより好ましい。

【００２６】例として、まず、転炉や二次精錬炉から採
取した溶鋼を凝固させた金属材料で、それらが含有する
元素の発光分光分析を行った。なお、この鋼試料の発光
分光分析では、１分析につき２０００回の放電を行っ
た。従って、各元素について２０００個のスペクトル強
度値が得られる。本発明では、このようなスペクトル強
度を用いて迅速かつ高精度で定量分析を行う。しかし、
より高い定量精度を得るためには、各定量目的元素のス
ペクトル強度を金属マトリックス元素のスペクトル強度
に対する強度比率（以下、スペクトル強度比と言う）と
して用いる方がより好ましい。そこで、以下では各放電
毎のスペクトル強度からＡｌ／Ｆｅ、Ｃａ／Ｆｅ、Ｍｇ
／Ｆｅのように、酸化物形成元素とマトリックスである
Ｆｅとのスペクトル強度比を計算した。その結果を図１
に示す。図１より明らかなように、これら酸化物形成元
素の強度比が高値を示す放電が存在し、これらはマトリ
ックスに比べてＡｌ，Ｃａ，Ｍｇの濃度が高い酸化物に
対して放電したものと考えられる。

【００２７】ここで、金属試料中の酸素は、全て該酸化
物を形成していると考えられるので、この酸化物形成元
素のスペクトル強度比が高値を示す放電を選定し、選定
された放電における酸素のスペクトル強度比を積算すれ
ば、確実に分析対象である酸素のスペクトル強度が把握
できると考えた。

【００２８】そのためには、酸化物形成元素が高値を示
す放電を選定する基準の強度（すなわち所定値）を設け
る必要があるが、発明者は、それを複数回の放電で得た
酸化物形成元素のスペクトル強度に関する度数分布で判
断するようにした。つまり、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ等のスペ
クトル強度比は図２に示すような度数分布を示す。図２
に示すように、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ等のスペクトル強度比
に関する度数分布は、中央値に対して左右対称にならな
い。Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ等は、一部は酸化物として存在
し、一部はマトリックス元素であるＦｅ中に溶解した状
態で存在する。マトリックスに放電が起こった場合のみ
を考えると、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ等はほぼ均一にマトリッ
クス中に溶存しているため、これら元素のスペクトル強
度比の度数分布は、ある強度比に対して左右対称なもの
となる。酸化物に放電が起こった場合は、マトリックス
に放電が起こった場合に比較して、スペクトル強度が相
対的に高くなる。実際の放電はマトリックスと酸化物と
の両方に対して生じるので、得られる度数分布として
は、左右対称な、マトリックスへの放電による度数分布
と、これよりスペクトル強度が高い側に分布する酸化物
への放電による度数分布とを合わせたものとなる。

【００２９】そこで、発明者らは、前記度数分布が左右
対称となる該酸化物形成元素のマトリックスへの溶存領
域Ｉ（図示せず）と、該酸化物形成元素が酸化物として
存在する領域ＩＩ（図示せず）に分けることにした。

【００３０】そして、前記領域ＩＩの放電におけるスペ
クトルを用いて酸素濃度や酸化物の組成を定量すること
とした。

【００３１】その分ける基準値（すなわち所定値）は種
々考えられるが、これまでの機器分析での経験から、本
発明では、該度数分布の中央値、平均値及び平均値＋ｎ
・標準偏差（但し、ｎは正の整数）から１種を選び、使
用するのが妥当である。特に、中央値はより一般的に用
いることができるが、例えば、定量目的元素が酸素であ
る場合（酸素分析）にはより好適に用いることが出来
る。また、平均値は、酸素分析および定量目的元素が比
較的に小さな粒径も含めた酸化物系介在物として存在す
る元素の組成分析の場合などに用いるのが好ましい。さ
らに、平均値＋ｎ・標準偏差は、比較的大きな粒径の酸
化物系介在物として存在する元素の組成分析の場合など
に用いるのが好ましい。なお、この場合のｎは、２〜４
程度が好ましい。

【００３２】そして、酸化物形成元素のスペクトル強度
比が前記基準値以上の値を示す放電を酸化物からの放電
とみなして選定する。

【００３３】本発明では、定量目的元素が酸素である場
合には、前記方法で選定された放電における酸素のスペ
クトル強度から酸素の定量を行う。

【００３４】しかしながら、前記方法で選定された放電
における酸素スペクトル強度は、金属試料中の酸素によ
るものだけではなく、大気の混入や試料表面への付着に
よって放電ガスに微量含まれる酸素や水分に起因するも
のが含まれる。そこで、それを所謂バックグラウンドと
して除くことができれば、さらに精度が向上するものと
考えた。具体的には、酸化物形成元素のスペクトル強度
比の前記度数分布において、前記基準値（所定値）より
小さい強度を持つ放電、すなわち、酸化物が存在しない
地鉄への放電を選定し、そのときの酸素のスペクトル強
度比の中央値を求め、これを酸素のバックグラウンド強
度とした。従って、酸化物形成元素のスペクトル強度が
前記基準値以上となる放電における酸素スペクトル強度
からこのバックグラウンド強度を差し引き、その後バッ
クグラウンドを差し引いた酸素スペクトル強度を積算す
ることにより、酸素の積算スペクトル強度を求めること
とした。ここで、酸化物形成元素のスペクトル強度が前
記基準値以上となる放電における酸素スペクトルのう
ち、バックグラウンドよりスペクトル強度が低いものつ
いては、バックグラウンドを差し引いた値が負となって
しまうので、積算対象から除外することが好ましい。な
お、酸素のバックグラウンド強度と求める際には、選定
された地鉄への放電における酸素のスペクトル強度比の
中央値ではなく平均値を用いることもできる。

【００３５】上記操作を、酸素濃度が化学分析により既
知の試料に適用し、酸素濃度−積算酸素スペクトル強度
の検量線を作成し、得られた検量線をもとに金属試料中
の酸素濃度を求めることができる。

【００３６】なお、求めた酸素濃度は酸化物として存在
する酸素濃度であるが、金属材料中に存在する酸素のほ
とんど全ては酸化物として存在するので、求めた酸素濃
度を金属材料中に存在する酸素濃度として判定すること
もできる。

【００３７】次に、定量目的元素が酸化物中に存在する
Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｍｇ等の酸化物形成元素であ
る場合について説明する。

【００３８】本発明では、酸素および酸化物形成元素の
スペクトル強度比がいずれも高値を示す放電は酸化物へ
の放電であるので、それらの放電を選定し、そのときの
酸化物形成元素のスペクトル強度から、酸化物中の酸化
物形成元素の濃度が定量でき、得られた結果より金属試
料中に存在する酸化物の組成を分析できるものとも考え
た。

【００３９】具体的には、前記酸化物形成元素のスペク
トル強度度数分布において、前記基準値（所定値）がマ
トリックスに溶存している酸化物形成元素濃度などの非
酸化物濃度を代表するスペクトル強度とする。さらに、
酸素および酸化物形成元素のスペクトル強度の度数分布
において、両者がいずれも前記基準値（所定値）以上に
なる放電を選定し、選定された放電における該酸化物形
成元素のスペクトル強度から該基準値（所定値）をバッ
クグランドとして差し引いた後、これらを積算し、該酸
化物形成元素の積算スペクトル強度を求める。すなわ
ち、この時のバックグランドは、溶存する酸化物形成元
素などの非酸化物に起因するものと判断されるのであ
る。

【００４０】上記操作を、酸化物中の酸化物形成元素濃
度が化学分析により既知の試料に適用し、酸化物に由来
する酸化物形成元素濃度と積算酸化物形成元素スペクト
ル強度の検量線を作成しておき、この検量線をもとに金
属試料中に含有される酸化物中の酸化物形成元素濃度を
求めることができる。このような分析は、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ等のいわゆる固溶性の酸化物形成元素
に適用することにより好適にその酸化物の平均組成を分
析することができる。

【００４１】なお、ＣａやＭｇは、マトリックスである
Ｆｅには、ｐｐｍあるいはｐｐｂ程度しか溶存しない。
このような、マトリックスへの溶存濃度が極めて小さ
い、いわゆる非固溶性元素においては、前記操作のう
ち、溶存濃度を代表させている所定強度との比較を省略
してもよい。例えば、Ｆｅをマトリックスとする材料に
おいて、酸化物形成元素として、固溶性のＡｌと、非固
溶性のＭｇとＣａの存在が予想される場合などは、図６
に示したように、本願発明の方法と、溶存濃度を所定強
度として比較しない従来法を組み合わせて用いることも
できる。

【００４２】また、これまでのデータ処理操作において
は酸素および酸化物形成元素とマトリックスであるＦｅ
との強度比を用いたが、これに代えてそれぞれのスペク
トル強度そのものを用いても同等の分析精度が得られ
る。

【００４３】さらに、本発明の方法によれば、定量分析
のみならず定性分析もできるのは言うに及ばない。とり
わけ、各放電毎のスペクトルを解析すれば、１つの介在
物の複合組成を定性することも定量することもできるの
で、金属材料の所定の領域における介在物の平均組成を
求めることもできる。これを複数の介在物について統計
的に取り扱えば、介在物の組成タイプを分類することな
どもできる。

【００４４】また、以上の発明は、金属材料が鉄鋼材料
の場合、すなわち、マトリックスが鉄の場合を主体に説
明したが、例えば、アルミニウムなどの他の金属溶製材
の分析に適応できる。

【００４５】

【実施例】[実施例１]鋼材製造プロセスにおける製鋼工
程で、２種類の溶鋼Ａ，Ｂについて、操業中に転炉内の
溶鋼を採取し、鋳型内で凝固させ分析試料とした。分析
試料は、溶鋼Ａから４個（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）、溶鋼Ｂか
ら６個（ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ）を採取した。そし
て、それぞれの試料中に含まれる酸素濃度を、本発明に
係る方法で定量した。その定量の手順は図３に示す通り
である。

【００４６】まずステップ１において、２０００回の各
放電における酸化物（介在物）形成元素であるＡｌ，Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ、マトリックスであるＦｅ、およ
びＯについてスペクトル強度をそれぞれ求めた。

【００４７】次に、ステップ２において２０００回の各
放電における、Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｏのス
ペクトル強度のＦｅのスペクトル強度に対する強度比
（スペクトル強度比）Ａｌ／Ｆｅ，Ｃａ／Ｆｅ，Ｍｇ／
Ｆｅ，Ｓｉ／Ｆｅ，Ｍｎ／Ｆｅ，Ｏ／Ｆｅを算出した。

【００４８】ステップ３において、各酸化物（介在物）
形成元素のスペクトル強度比Ａｌ／Ｆｅ，Ｃａ／Ｆｅ，
Ｍｇ／Ｆｅ，Ｓｉ／Ｆｅ，Ｍｎ／Ｆｅの放電回数に関す
る度数分布における、中央値を求めた。

【００４９】ステップ４において、酸化物（介在物）形
成元素のスペクトル強度比のいずれかがステップ３で求
めた各酸化物（介在物）形成元素についての中央値以上
となる放電を選択した。

【００５０】一方、ステップ５においては、酸化物（介
在物）形成元素のスペクトル強度比の全てが、ステップ
３において求めた各酸化物（介在物）形成元素について
の中央値より小となる放電を抽出し、抽出された放電に
ついてのＯのスペクトル強度比Ｏ／Ｆｅの放電回数に関
する度数分布における中央値を求め、該中央値を酸素ス
ペクトル強度比のバックグラウンド（ＢＧ）とした。

【００５１】ステップ６において、ステップ４で選択さ
れた放電のうち、酸素スペクトル強度比Ｏ／Ｆｅがステ
ップ５で求めたバックグラウンド（ＢＧ）以上となる放
電を再選定し、再選定された放電についての各酸素スペ
クトル強度比Ｏ／Ｆｅからバックグラウンド（ＢＧ）を
差し引いたものを積算し、積算酸素スペクトル強度比を
得た。

【００５２】得られた積算酸素スペクトル強度と、酸素
濃度が化学分析により既知の試料を用いて別途作成して
おいた検量線とを比較して、試料中の酸素濃度として定
量した。

【００５３】図３の手順で求めたＯ／Ｆｅのスペクトル
強度比の度数分布を、図４に示す。図４において、○印
は２０００回放電の全データに関する度数分布を示す。
△印はステップ４において選択された放電、すなわち、
酸化物（介在物）起因と判定された放電についての度数
分布を示す。□印は、ステップ５において抽出される放
電、すなわち、マトリックス（地鉄）起因と判定された
放電についての度数分布を示す。また、図中ＢＧはステ
ップ５において求められた中央値を示す。図４より、酸
化物起因および地鉄起因によるスペクトル強度比が分離
されていることがわかる。

【００５４】１０個の前記分析試料（ａ〜ｊ）について
酸素濃度を定量した。その結果を表１に示す。表１に
は、従来の定量方法である融解−赤外燃焼法で分析した
値も示してあるが、本発明に係る方法で求めた値は、従
来法で求めた値とよく一致していることがわかる。ま
た、本発明に係る方法では、試料到着から分析終了まで
３分であった。つまり、発光分光分析では従来できなか
った金属試料中酸素の分析が、他の元素と同時に、迅
速、且つ精度よく行えるようになった。

【００５５】

【表１】

【００５６】なお、ここでは所定強度として中央値を用
いたが、平均値あるいは平均値＋２・標準偏差等を用い
ても同様の結果が得られた。

【００５７】[実施例２]鋼材製造プロセスにおける製鋼
工程で、操業中に転炉ないの溶鋼を採取し、鋳型内で凝
固させ分析試料とした。そして、該試料中に含まれるＡ
ｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯの組成比を、本発明に係る酸化
物中の酸化物形成元素の組成比分析方法で決定した。こ
の分析の手順は図５に示す通りである。

【００５８】なお、試料は異なる溶鋼から採取したＡ、
Ｂ、ＣおよびＤの４種類でる。また、比較のため、同一
試料について従来の分析方法（前記抽出分離−ＩＣＰ分
析法）での分析も行った。

【００５９】分析結果を表２に示す。表２より、本発明
に係る分析方法で求めた値は、いずれの試料において
も、従来法による値とよく一致していることがわかる。

【００６０】

【表２】

【００６１】また、本発明に係る分析方法では、試料到
着から分析終了まで３分であった。これは、従来法であ
る抽出分離−ＩＣＰ分析法による１〜２日と比べ格段の
分析時間短縮であり、工程管理に有効に利用できること
が期待できる。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、金属
試料中の酸素濃度および／また酸化物組成を従来より格
段に迅速に定量することができるようになった。その結
果、本発明を多元素同時定量型発光分光分析に付設し、
操業管理のための成分分析と同時に該酸素分析および／
または酸化物組成分析を同時に行うようにすれば、分析
業務の効率化や、精錬工程での歩留り向上、製造コスト
の低減に大きな効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放電毎のＡｌ／Ｆｅ，Ｃａ／Ｆｅ，Ｍｇ／Ｆｅ
スペクトル強度比の変化を示す図である。

【図２】複数回の放電における酸化物形成元素のスペク
トル強度の度数分布を示す図である。

【図３】本発明に係る酸素濃度の定量方法の手順を示す
図である。

【図４】本発明によって酸化物（介在物）と地鉄に起因
する放電を分離したデータを示す図である。

【図５】本発明に係る酸化物形成元素の定量方法の手順
を示す図である。

【図６】本発明に係る酸化物形成元素の定量方法の別の
手順を示す図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガス雰囲気中で、金属材料と対電
   極との間で複数回の放電を行って発光分光スペクトルを
   得、該発光分光スペクトルを用いて金属材料中の元素濃
   度を定量する方法であって、複数の放電のうち酸化物形
   成元素のスペクトル強度が所定値以上である放電を選定
   し、選定した放電における定量目的元素のスペクトル強
   度を用いて金属材料に酸化物として存在する定量目的元
   素の平均濃度を定量することを特徴とする金属材料中の
   元素濃度の定量方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、酸化物形成元素であ
   る元素を前記定量目的元素とし、複数の放電のうち、該
   定量目的元素のスペクトル強度および酸素のスペクトル
   強度が所定値以上である放電を選定し、選定された各放
   電における前記定量目的元素のスペクトル強度から前記
   所定値を差し引き、差し引いた値を積算して前記定量目
   的元素の積算スペクトル強度を得、該積算スペクトル強
   度と、予め作成しておいた定量目的元素濃度と積算スペ
   クトル強度の検量線とに基づいて、金属材料中に酸化物
   として存在する定量目的元素の平均濃度を定量すること
   を特徴とする金属材料中の元素濃度の定量方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、酸素を前記定量目的
   元素とし、酸化物形成元素のスペクトル強度が前記所定
   値未満である複数の放電における酸素のスペクトル強度
   の平均値または中央値を算出し、前記選定された放電に
   おける酸素のスペクトル強度から前記平均値または前記
   中央値を差し引き、差し引くことによって得られた値の
   うち正の値を示すものを積算して酸素の積算スペクトル
   強度を得、該積算スペクトル強度と、予め作成しておい
   た酸素濃度と積算スペクトル強度の検量線と、に基づい
   て、金属材料中に酸化物として存在する酸素の平均濃度
   を定量することを特徴とする金属材料中の元素濃度の定
   量方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３において、前記所定値とし
   て、スペクトル強度と放電回数に関する度数分布におけ
   る中央値、平均値、および平均値＋ｎ・標準偏差（但
   し、ｎは正の整数）の群より選ばれる少なくとも一つを
   用いることを特徴とする金属材料中の元素濃度の定量方
   法。
5. 【請求項５】 不活性ガス雰囲気中で、金属材料と対電
   極との間で複数回の放電を行って発光分光スペクトルを
   得、該発光分光スペクトルを用いて金属材料中の元素濃
   度を定量する方法であって、各放電により得られる酸化
   物形成元素のスペクトル強度と各放電における前記金属
   材料のマトリックス元素のスペクトル強度との強度比率
   であるスペクトル強度比を算出し、複数の放電のうち、
   該強度比が所定値以上である放電を選定し、選定した放
   電における定量目的元素のスペクトル強度比を算出し、
   定量目的元素のスペクトル強度比を用いて金属材料に酸
   化物として存在する定量目的元素の平均濃度を定量する
   ことを特徴とする金属材料中の元素濃度の定量方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、酸化物形成元素であ
   る元素を前記定量目的元素とし、前記酸化物形成元素の
   スペクトル強度比に加えて、酸素のスペクトル強度比を
   算出し、複数の放電のうち、該定量目的元素のスペクト
   ル強度比および酸素のスペクトル強度比が所定値以上で
   ある放電を選定し、選定された各放電における前記定量
   目的元素のスペクトル強度比から前記所定値を差し引
   き、差し引いた値を積算して前記定量目的元素の積算ス
   ペクトル強度比を得、該積算スペクトル強度比と、予め
   作成しておいた定量目的元素濃度と積算スペクトル強度
   比の検量線とに基づいて、金属材料中に酸化物として存
   在する定量目的元素の平均濃度を定量することを特徴と
   する金属材料中の元素濃度の定量方法。
7. 【請求項７】 請求項５において、酸素を前記定量目的
   元素とし、酸化物形成元素のスペクトル強度比が前記所
   定値未満である複数の放電における酸素のスペクトル強
   度比の平均値または中央値を算出し、前記選定された放
   電における酸素のスペクトル強度比から前記平均値また
   は前記中央値を差し引き、差し引くことによって得られ
   た値のうち正の値のものを積算して酸素の積算スペクト
   ル強度比を得、該積算スペクトル強度比と、予め作成し
   ておいた酸素濃度と積算酸素スペクトル強度比の検量線
   とに基づいて、酸化物として金属材料中に存在する酸素
   の平均濃度を定量することを特徴とする金属材料中の元
   素濃度の定量方法。
8. 【請求項８】 請求項５〜７において、前記所定値とし
   て、スペクトル強度比と放電回数に関する度数分布にお
   ける中央値、平均値、および平均値＋ｎ・標準偏差（但
   し、ｎは正の整数）の群より選ばれる少なくとも一つを
   用いることを特徴とする金属材料中の元素濃度の定量方
   法。
9. 【請求項９】 請求項１、３、４、６、７のいずれかに
   記載の方法により定量された酸素の平均濃度を、金属材
   料中に存在する全酸素の平均濃度として判定することを
   特徴とする金属材料中の元素濃度の定量方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９において、前記金属材料
    が鉄鋼材料であることを特徴とする金属材料中の元素濃
    度の定量方法。